DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. Curso TEMA 5. TEMPORIZADORES E INTERRUPCIONES. (4 horas teoría)

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1 DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. Curso TEMA 5. TEMPORIZADORES E INTERRUPCIONES. (4 horas teoría) PRÁCTICA 2. Control del parpadeo de un diodo y conexión de un altavoz para oír diversos tonos (8 horas laboratorio + 4 horas opcionales) Entrega de las memorias de las prácticas 1 y 2: 20 de abril (memoria completa en papel y CD y código con x30 en CD) APARTADO 1: Parpadeo de un diodo LED por muestreo (1 hora) Objetivos: - Trabajar con los puertos E/S y el temporizador A0 (TA0, TA0MR, TA0S y TA0IC). - Controlar las interrupciones del temporizador y conocer las limitaciones del sistema de desarrollo. Se muestra un programa basado en el método de muestreo (polling) para hacer parpadear el diodo a intervalos de 1 segundo. En este método, se hace que el microcontrolador esté continuamente comprobando la condición de una determinada acción, por lo que es demasiado costoso computacionalmente. Por eso, en el apartado 1.2. se hará el parpadeo del diodo mediante interrupciones. **************************************************************************************** * * * DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. CURSO 2005/2006 * * PRACTICA 2: diodopolling.a30 (Sistema de desarrollo MSA0652-G02) * * FUNCION: Enciende/Apaga el diodo cada segundo (polling) * * Diodo conectado pin 7 del puerto 0 * * * **************************************************************************************** INCLUYE FICHERO SFR list off.include sfr.inc.list on DEFINICIÓN DE SÍMBOLOS MSA652-G VramTOP.equ h inicio de la RAM interna VramEND.equ h final de la RAM interna VprogTOP.equ 0C0000h inicio del area de programa Vvector.equ 0FFFDCh inicio tabla de interrupciones fija AREA DE DATOS RAM section memory,data VramTOP AREA DE PROGRAMA ROM section prog,code VprogTOP limpieza de la RAM e inicializaci n de temporizador y puertos reset: mov.w mov.w mov.w #0,R0 #(VramEND+1-VramTOP)/2,R3 #VramTOP,A1

2 sstr.w bset PD0_7 P0_7 salida mov.b #80h,TA0MR TA0 en modo timer con f32 mov.w #1000,TA periodos de 62,5ns*32= 2 ms. (el reloj es de 16MHz) bset TA0S arranca el contador PROGRAMA PRINCIPAL main: mov.w #0,r0 r0 cuenta de periodos de 2 ms. retraso: btstc 3,TA0IC Desbordamiento del TA0 (2msec)? jnc retraso add.w #1,r0 r0 = r0+1 cmp.w #500,r0 r0=500? jnz retraso bnot P0_7 cambia la polaridad del diodo jmp main INTERRUPCIÓN DE RESET (INICIALIZA PC) section int_reset,romdata Vvector+(8*4).lword reset FIN DE PROGRAMA end Recursos empleados: 67 líneas, área de data: 0H área de code: 33H área de romdata: 4H (int_reset) En la figura 2.1 se da el esquemático de ayuda para el montaje del diodo LED en la regleta (protoboard). Debes conectar el pin correspondiente al bit 7 del puerto 0 (P0_7) en la etiqueta Vcc, encendiendo el diodo cuando esté a uno dicho pin (modo cátodo común). Vcc R + _ ÁNODO CÁTODO + _ Figura 2.1. Esquemático para la polarización directa del diodo (modo cátodo común). Si se utiliza el sistema de desarrollo MSA0600, el programa es válido sin más que modificar el mapa de memoria, y tener en cuenta que el reloj del sistema es de 10 MHz. en vez de 16 MHz. Por comodidad, se puede asociar el diodo al bit cero del puerto 8 que corresponde con el diodo rojo de la placa.

3 Enciende/Apaga el diodo cada segundo DEFINICIÓN DE SÍMBOLOS MSA VramTOP.equ h inicio de la RAM interna VramEND.equ 002BFFh final de la RAM interna VIstack.equ 002C00h Direccion de la cima de la pila stack pointer VprogTOP.equ h inicio del area de programa Vintbase.equ 01FD00h inicio tabla de interrupciones variable Vvector.equ 01FFDCh inicio tabla de interrupciones fija SB_base.equ h Base del direccionamiento SB relativo inicialización de temporizador y puertos MSA bset PD8_0 P8_0 salida (Está asociado al diodo rojo del MSA0600) mov.b #80h,TA0MR TA0 en modo timer con f32 mov.w #625,TA0 625 periodos de 3200ns= 2 ms. (el reloj es de 10MHz) bset TA0S arranca el contador Si se utiliza el sistema de desarrollo 3DKUM16C/62PU, el programa es válido sin más que modificar el mapa de memoria, y tener en cuenta que el reloj del sistema es de 24 MHz. Por comodidad, asocia el diodo a cualquiera de los disponibles en la placa. Necesitas consultar el esquemático. Comprueba que los 8 diodos están asociados al puerto 2, con P2_0 para el diodo 1 y así hasta P2_7 al diodo 8. Enciende/Apaga el diodo cada segundo DEFINICIÓN DE SÍMBOLOS 3DKUM16C/62PU VramTOP.equ h inicio de la RAM interna VramEND.equ 007CFFh final de la RAM interna VIstack.equ 007CFFh Direccion de la cima de la pila stack pointer VprogTOP.equ 0A0000h inicio del area de programa Vintbase.equ 0FA000h inicio tabla de interrupciones variable Vvector.equ 0FFFDCh inicio tabla de interrupciones fija SB_base.equ h Base del direccionamiento SB relativo inicialización de temporizador y puertos 3DKUM16C/62PU bset PD2_?? (elije el que quieras del P2_? mov.b #80h,TA0MR TA0 en modo timer con f32 mov.w #2250,TA periodos de 27,77 ns x 32= 2 ms. (el reloj es de 36MHz) bset TA0S arranca el contador EJERCICIO 2.1: Modifica el programa para que el tiempo en on del diodo sea de 2 segundos y en off de 3 segundos, y que se repita 10 veces. APARTADO 2: Parpadeo de un diodo LED por interrupción (1 hora) Se muestra un programa basado en interrupciones para hacer parpadear al diodo a intervalos de 1 segundo. Puesto que la interrupción de la UART1 (tema 6) se usa para sincronizar las funciones monitor con el depurador KD30, el vector de interrupción de la UART1 debe aparecer en el código. En algunos sistemas de desarrollo es posible usar las interrupciones DBG en vez de la UART.

4 **************************************************************************************** * * * DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. CURSO 2005/2006 * * PRACTICA 2: diodointerrupciones.a30 MSA652-G02 * * FUNCION: Enciende/Apaga el diodo cada segundo (interrupcion del TA0) * * Diodo conectado pin 7 del puerto 0 * * * **************************************************************************************** INCLUYE FICHERO SFR list off.include sfr.inc.list on DEFINICIÓN DE SÍMBOLOS MSA652-G VramTOP.equ h inicio de la RAM interna VramEND.equ h final de la RAM interna VprogTOP.equ 0C0000h inicio del area de programa Vvector.equ 0FFFDCh inicio tabla de interrupciones fija Vintbase.equ 0FA000h inicio tabla de interrupciones variable 0FFE00h incorrecto manuales AREA DE DATOS RAM section memory,data VramTOP AREA DE PROGRAMA ROM section prog,code VprogTOP limpieza de la RAM e inicializaci n de temporizador y puertos reset: mov.w #0,R0 mov.w #(VramEND+1-VramTOP)/2,R3 mov.w #VramTOP,A1 sstr.w ldintb #Tabla_Vector_Usuario Necesito dummy bset PD0_7 P0_7 salida mov.b #80h,TA0MR TA0 en modo temporizador con f32 mov.b #1,TA0IC Limpia el bit de petici n de interrupci n. Nivel de prioridad 1 mov.w #1000,TA periodos de 62,5ns*32= 2 ms. (el reloj es de 16MHz) bset TA0S arranca el contador mov.w #0,r0 r0 cuenta de periodos de 2 ms programa principal main: cmp.w #500,r0 r0=500? jnz main mov.w #0,r0 reinicia cuenta (cada segundo) bnot P0_7 cambia la polaridad del diodo jmp main manejador de la rutina de interrupci n del TA sw_ta0: add.w #1,r0 desbordamiento (cada 2 ms) reit manejador de la rutina dummy dummy: reit interrupci n del temporizador TA0 (tabla de vectores variable)

5 .section int_ta0,romdata Vintbase Tabla_Vector_Usuario:.lword dummy No0 Break Interrupt.lword dummy No1 Break Interrupt.lword dummy No2 Break Interrupt.lword dummy No3 Break Interrupt.lword dummy No4 Break Interrupt.lword dummy No5 Break Interrupt.lword dummy No6 Break Interrupt.lword dummy No7 Break Interrupt.lword dummy No8 Break Interrupt.lword dummy No9 Break Interrupt.lword dummy No10 Bus Clash Detect.lword dummy No11 DMA0.lword dummy No12 DMA1.lword dummy No13 KEY IN Interrupt.lword dummy No14 A-D Interrupt.lword dummy No15 UART2 Transmission Interrupt.lword dummy No16 UART2 receive Interrupt.lword dummy No17 UART0 Transmission Interrupt.lword dummy No18 UART0 receive Interrupt.lword 0FCB6BH No19 UART1 Transmission Interrupt.lword 0FCB6BH No20 UART1 receive Interrupt.lword sw_ta0 No21 TimerA0 Interrupt.lword dummy No22 TimerA1 Interrupt.lword dummy No23 TimerA2 Interrupt.lword dummy No24 TimerA3 Interrupt.lword dummy No25 TimerA4 Interrupt.lword dummy No26 TimerB0 Interrupt.lword dummy No27 TimerB1 Interrupt.lword dummy No28 TimerB2 Interrupt.lword dummy No29 INIT0(Active Low) Interrupt.lword dummy No30 INIT1(Active Low) Interrupt.lword dummy No31 INIT2(Active Low) Interrupt.lword dummy No32 S/W Interrupt.lword dummy No33 S/W Interrupt.lword dummy No34 S/W Interrupt.lword dummy No35 S/W Interrupt.lword dummy No36 S/W Interrupt.lword dummy No37 S/W Interrupt.lword dummy No38 S/W Interrupt.lword dummy No39 S/W Interrupt.lword dummy No40 S/W Interrupt.lword dummy No41 S/W Interrupt.lword dummy No42 S/W Interrupt.lword dummy No43 S/W Interrupt.lword dummy No44 S/W Interrupt.lword dummy No45 S/W Interrupt.lword dummy No46 S/W Interrupt.lword dummy No47 S/W Interrupt.lword dummy No48 S/W Interrupt.lword dummy No49 S/W Interrupt.lword dummy No50 S/W Interrupt.lword dummy No51 S/W Interrupt.lword dummy No52 S/W Interrupt.lword dummy No53 S/W Interrupt.lword dummy No54 S/W Interrupt.lword dummy No55 S/W Interrupt.lword dummy No56 S/W Interrupt.lword dummy No57 S/W Interrupt.lword dummy No58 S/W Interrupt.lword dummy No59 S/W Interrupt.lword dummy No60 S/W Interrupt.lword dummy No61 S/W Interrupt.lword dummy No62 S/W Interrupt.lword dummy No63 S/W Interrupt interrupci n de reset (tabla de vectores fija) section int_reset,romdata Vvector+(8*4).lword reset fin de programa

6 .end Recursos empleados: 152 líneas, área de data: 0H área de code: 3DH área de romdata: 4H (int_reset) Para la placa 3DKM16C/62PU la dirección asignada a las interrupciones 19 y 20 de transmisión y recepción de la UART1 (del programa monitor) en la tabla de vectores variables es 0FF900H. Para los M16C/80 (KD3083) la dirección es 0FFFD00H. EJERCICIO 2.2.1: Basándose en el ejercicio 2.1 y utilizando al menos dos diodos y dos contadores hacer un programa que los haga parpadear cada uno de ellos a una determinada frecuencia. EJERCICIO (opcional para 3DKM16C): Interrupción basada en el pulsador 1 de la placa para encender o apagar cualquier diodo (piensa en el ejemplo de prueba 3D_test). Para las otras placas, se puede utilizar pulsadores disponibles en el laboratorio, pero consulta la implementación para evitar rebotes. APARTADO 3: Música (2 horas) En tu sistema de desarrollo, conecta el altavoz en la extensión del P8_0 o en cualquier otro y comprueba si suena/no_suena cada segundo. Tened en cuenta que la frecuencia de resonancia es de 600 Hz, y el margen efectivo de frecuencias de 450 Hz a 8 KHz. EJERCICIO 2.3.1: Realiza un programa en el que se alternen cada 3 segundos el encendido del diodo y el sonido de un tono. Puedes elegir el puerto que quiera, pero cuidado con las limitaciones de los puertos de E/S. Descríbelas. Puedes ayudarte mirando el programa musica.a30 EJERCICIO 2.3.2: Elabora códigos de programa para sintetizar fragmentos de tu canción preferida. Consulta, compara y analiza (documenta los códigos) el fichero musica.a30, realizado por Mitsubishi y que está disponible en la Web de la asignatura, con un fragmento realizado por alumnos de cursos anteriores. ************************************************************************* * * * DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. CURSO 2005/20056 * * PRACTICA 2: musica.a30 (Sistema de desarrollo MSA0600) * * FUNCION: Sintetización de fragmento de una canción (interrupcion del TA4) * * Altavoz conectado pin 0 del puerto 8 * * Elegir entre: * * Código de Mitsubishi y fragmento de la canción "Para Elisa" de Beethoven por los alumnos: * * Antonio Blanco Oliva, Jacob Mariscal Fernández y Karim Rahimpur, y * * Código del Himno del Málaga C.F. (Un poquito de ánimo, que falta le hace ) por los alumnos: * * Juan Pablo Sánchez Mesa y José Manuel Durán Domínguez (MSA652-G02 * ************************************************************************* Incluye archivo sfr.inc list off.include sfr.inc o bien sfr62a.inc(compatible 100%).list on Definici n de Simbolos MSA VramTOP.equ h VramEND.equ 002BFFh VIstack.equ 002C00h VprogTOP.equ h Vintbase.equ 01FD00h Vvector.equ 01FFDCh SB_base.equ h

7 ----- Secciones datos/programa section memory,data VramTOP num:.blkw 2 700h data:.blkw 500.section prog,code VprogTOP.sb SB_base.sbsym num limpieza de la RAM reset: ldc #VIstack,ISP ldc #SB_base,SB ldintb #Vintbase mov.w #0,R0 mov.w #(VramEND+1-VramTOP)/2,R3 mov.w #VramTOP,A1 sstr.w inicializa puertos 6 y 7 de salida y 8 y 9 de entrada (no son usadas)- mov.w #0FFFFh,PD6 mov.w #0FFEFh,P6 mov.w #0,PD8 mov.b #80h,TA0MR mov.w #0AAAAh,TA0 cuenta a (0.14 seg.) mov.b #7,TA0IC mov.b #04h,TA4MR timer A4 con f1 y salida por pin TA4OUT (P8_0) mov.w #0,TA4 Nota inicial: Silencio mov.b #11h,TABSR Arranca los timers A0 y A4 fset I Activa las interrupciones de los temporizadores main program main: jsr data_set Realiza la copia a RAM de la canción?: jmp?- Bucle infinito music data set (descifra el código y coméntalo) data_set: mov.w #0,r0 mov.w #0,r3 mov.w #0,a1 lde.w music1_count,r2 mov.w r2,num shl.w #1,num loop: mov.w a1,a0 lde.w music1_data[a0],r1 movhl r1h,r0l jsr ram_store movll r1h,r0l jsr ram_store movhl r1l,r0l jsr ram_store movll r1l,r0l jsr ram_store ram_store: add.w #2,a1 sbjnz.w #1,r2,loop rts

8 push.w a1 mov.b r0l,a0 shl.w #1,a0 lde.w sound_data[a0],a1 mov.w r3,a0 shl.w #1,a0 mov.w a1,data[a0] add.w #1,r3 pop.w a1 rts manejador de la rutina de interrupción sound: push.w a0 mov.w num+2,a0 mov.w data[a0],ta4 add.w #2,num+2 cmp.w num,num+2 jne?+ mov.w #0,num+2?: pop.w a0 reit Datos de la música Para Elisa music1_count:.word 140 music1_data:.word 04343h,04832h,07709h,0B788h,00BD8h.word 0220Bh,04343h,04832h,07709h,0B788h.word 00B28h,07708h,02344h,04D54h,0333Ch.word 04322h,02B32h,08800h,0BB44h,00044h.word 01103h,04343h,04832h,07709h,0B788h.word 00BD8h,0220Bh,04343h,04832h,07709h.word 0B788h,00B28h,07777h,00000h,00000h Tabla con los periodos de oscilación de cada nota (10 MHz) sound_data:.word 00000h,04F34h,04AA9h,04280h --,Si (nota B4, 493,2Hz),Do,Re.word 03B41h,037EEh,031D3h,02C63h Mi,Fa,So,La (440Hz).word 029FEh,02554h,02140h,01DA0h Si,Do,Re,Mi.word 01BF7h,018E9h,01631h,013CDh Fa,So,La,Si vector table (21 entradas necesarias) section uniter,romdata Vintbase+(4*21).lword sound.section inter,romdata Vvector+(8*4).lword reset program end end Himno del Málaga C.F. (sustituye este trozo de código) music1_count:.word 36 music1_data:.word 09099h,09908h,07067h,00600h,00000h,04405h,006990h,08065h,05550h Periodos de oscilación (16MHz) sound_data:.word 00000h,04fffh,07775h,06a67h --,Fa#5,Do5,Re5 0,1,2,3.word 05eceh,0597dh,04fb8h,04705h Mi5,Fa5,Sol5,La5 (440Hz) 4,5,6,7.word 03ffah,03bbah,03533h,02f66h Si5,Do6,Re6,Mi6 8,9,a,b.word 02cbeh,027dbh,02382h,01faeh Fa6,So6,La6,Si6 c,d,e,f

9 Notas de aclaración: - La canción se almacena en memoria RAM interna, y es una tabla con los valores de cuenta que hay que suministrar al temporizador para cada una de las notas de la canción. Cada nota de la canción se especifica con un nibble, por lo que se dispone de 16 notas distintas (ver tabla sound_data). Por ejemplo, la nota Si de la cuarta octava debe tener una frecuencia de 493,2 Hz aproximadamente. Para conseguirlo, se calcula su periodo como 1/493,2 Hz=0, seg = ns. Puesto que la señal de reloj es de 10 MHz, 100 ns. de periodo, se establece la cuenta en 20276, es decir 4F34h. Esto se repite para todas las demás notas. - El tempo de la canción se gobierna por el temporizador TA0, con señal de reloj f32 (3200 ns.). Como la cuenta que realiza es 0AAAAh (43690), da una duración de 3200ns * = 0,14 seg., aproximadamente. Sería posible tocar notas más largas tocando varias notas cortas seguidas, pero sólo como múltiplos de 0,14 seg. Cuando pasan 0,14 seg. el TA0 provoca una interrupción y se cambia el periodo de oscilación del otro temporizador (TA4) para que toque la nota. Después se entra en bucle y se repite la melodía indefinidamente. - Cada nota tiene 4 bits y la canción está almacenada a 2 notas por byte. La traducción de la canción se realiza leyendo palabras de 16 bits, por lo que hay un número de notas múltiplo de 4, incluyendo los silencios. EJERCICIO (opcional): Implementación de cualquier otro modo de funcionamiento de los temporizadores A y B (excepto del modo PWM que se desarrolla en el apartado 4). EJERCICIO (opcional): Implementación del temporizador Perro Guardián. APARTADO 4: Generador de ondas PWM (Pulse Width Modulation) (4 horas) Objetivos: - Trabajar con distintos puertos y temporizadores en modo PWM. - Generar distintos tipos de trenes de ondas con el PWM. Generar ondas cuadradas a una determinada frecuencia, para posteriormente modificar, el tiempo del nivel alto y el tiempo del nivel bajo manteniendo el mismo periodo, y, por último, generar trenes de ondas que alternen distinto periodo. Hasta ahora se ha trabajado con el temporizador A en modo contador. En este apartado se va a trabajar en modo modulador del ancho de pulso, PWM. En este modo, el temporizador funciona como un modulador de ancho de pulso de 16-bits o de 8 bits, pudiéndose elegir tres tipos de condiciones de comienzo de cuenta: 1. Por una entrada de disparo externa producida en el flanco de bajada de la señal de entrada en la patilla TAiIN. 2. Igual al anterior pero en el flanco de subida. 3. Por desbordamiento de alguno de los siguientes temporizadores: TB2, TAj/TAk.

10 Como aplicación se ha elegido el temporizador TA4 en modo PWM de 16 bits y con condición de disparo por desbordamiento del temporizador TB2. Para ello, se deben inicializar los siguientes registros y en ese orden (ver figura 2.4): 1.- Seleccionar en el registro de funcionamiento del temporizador A, TA4MR, el modo PWM y sus funciones (disparo externo por flanco de subida de la señal TA4IN, PWM de 16 bits y divisor de frecuencia por 32: 3,2 µs para reloj de 10 MHz. y de 2 µs para reloj de 16 MHz.). Con esta instrucción se genera un tren de pulsos de periodo (2 16 1)/ f. Además, se debe poner el registro de dirección del puerto correspondiente a cero, en nuestro caso, bclr PD8_1 (pin 21), pero se puede omitir puesto que ya tiene ese valor después del reset. 2.- Limpiar la petición de interrupción del temporizador, TA4, en el registro de control de interrupciones, TA4IC, esto es, poner a cero el tercer bit de dicho registro. Para nuestra aplicación es irrelevante puesto que no usamos la interrupción del temporizador A Seleccionar desbordamiento del TB2 en el registro señalizador de disparo, TRGSR. Fijamos los bits 7 y 6 del registro TRGSR a 01, respectivamente. 4.- Seleccionar el ancho del pulso del nivel alto. Puede ser cualquier valor entre 0000H y FFFEH. 5.- Seleccionar el modo de medida del periodo del pulso mediante el TB2MR. Se configura el temporizador and Selección modo PWM y funciones Modo PWM Debe ser fijo a 1 Flanco de subida de la señal TA4in Selección del disparo Selección PWM de 16-bits Divisor de frecuencia por 32 Limpia el bit de petición de interrupción del timer TA4 Selección del bit selección evento/disparo Selección por desboradmiento TB2 Selecciona el ancho del nivel alto como 1/3 del ancho del pulso Modo medida periodo/ancho del pulso Modo medida del periodo del pulso Fijo a 0 Limpia el flag de overflow del TB2 Divisor de frecuencia por 32 Figura 2.4. Inicialización del temporizador TA4 en modo PWM de 16 bits y con condición de disparo por desbordamiento del temporizador TB2 en modo un disparo. En el programa principal se deben poner a "1" los señalizadores de comienzo de cuenta de los temporizadores TA4 y TB2 del registro de señalizadores TABSR y realizar un

11 bucle infinito para generar "forever" la onda deseada. Las dos instrucciones or se pueden agrupar en una sola: or.b # B, TABSR main: bucle: or.b # B, TABSR or.b # B, TABSR jmp bucle EJERCICIO Estudia los registros del temporizador PWM y su funcionalidad. Genera una señal de frecuencia fija, pero modificando el ciclo de trabajo. Por ejemplo, una frecuencia exacta de 1 KHz, con 1/3 del periodo a nivel alto y los otros 2/3 del periodo a nivel bajo. Es posible?. Obsérvela en el osciloscopio (la señal generada está en el pin correspondiente al TA4OUT (P8_0, pin 22)) y la tierra la puedes tomar del pin 14 (Vss). Piensa en cómo utilizar el temporizador PWM en algún o algunos de los programas desarrollados hasta ahora o del apartado siguiente. EJERCICIO Cuál es el rango posible de periodos que se pueden generar de forma directa con los temporizadores PWM de 16 y de 8-bits? Cuál es la máxima frecuencia?, y la mínima frecuencia?. Rellena la tabla 2.4.1, adaptándola a tu frecuencia de reloj. PWM Reloj f1 f8 f32 16-bits 8-bits (máx_f) 8-bits (min_f) Tabla Rango posible de valores del temporizador PWM de 16 y de 8 bits. EJERCICIO Realiza la implementación de un PWM de 8 bits, con 2/3 del periodo a nivel alto y que se dispare por flanco de subida del pin TAiIN con la máxima frecuencia posible. Compruébalo en el osciloscopio. APARTADO 5. Opcional. Polarización de un motor paso a paso (stepper motor) (4 horas) Objetivos: - Estudiar la funcionalidad y el comportamiento de los motores paso a paso. - Analizar y ejecutar los distintos tipos de control de un motor paso a paso: monofásico, semipaso y bifásico. Giro en sentido horario y anti-horario. Un motor es un dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica en forma de movimiento rotacional. Para hacerlo funcionar es suficiente con aplicar una tensión continua entre sus bornes. Pero si se desea una gran precisión, medida como posicionamiento exacto del giro y número exacto de vueltas o fracciones de vuelta en un

12 determinado tiempo (velocidad de giro), es necesario utilizar motores paso a paso. Este motor se emplea en áreas tan diversas como robótica, tecnología aeroespacial y en periféricos informáticos: impresoras, lectoras de disquetes, discos duros, etc. En el laboratorio se disponen de varios de éstos periféricos. Un motor paso a paso consta de dos componentes: en su interior, de un imán permanente llamado rotor capaz de girar sobre su propio eje casi sin rozamiento (lo que hace que su vida media de funcionamiento sea muy elevada) y en su exterior, y rodeando al rotor existen varios estátor (partes fijas del motor constituido por núcleos de ferrita fácilmente imantables) en los que se encuentra una bobina (llamada generalmente fases) a las que se les aplica la polarización. El fundamento teórico de un motor paso a paso es muy simple, se basa en las fuerzas ejercidas por el campo magnético creado al hacer circular una corriente eléctrica en los extremos de las fases. Como consecuencia de ello, el rotor gira hasta buscar la posición de equilibrio magnético, orientando sus polos N-S hacia los polos S-N del estátor. Dependiendo de la forma de polarización de las fases se habla de motores bipolares cuando son necesarias corrientes de dos polaridades (+V CC y -V CC ) para obtener una secuencia completa de giro o de motores unipolares en los que basta una sola polaridad (+V CC ). En esta práctica se va a controlar un motor paso a paso unipolar de cuatro fases. Queda como opcional trabajar con motores bipolares si estáis interesados pedir mayor información al profesor. Los parámetros más característicos son los siguientes: - Ángulo de paso, α (step angle): es el avance angular producido bajo un impulso de excitación. Se mide en grados. - Número de pasos por vuelta: es la cantidad de pasos que ha de efectuar el rotor para completar una vuelta, es decir 360/α. - Frecuencia máxima de paso: es el máximo número de pasos por segundo que el rotor es capaz de efectuar. Para cada polarización el motor avanza siempre 90º, para una mayor precisión angular, se fabrican los núcleos de las bobinas y el rotor en forma dentada, creándose micropolos magnéticos, tantos como dientes. En la figura 3.1. de abajo se muestra el esquema de polarización del motor unipolar de cuatro fases (FASE1, FASE2, FASE3 y FASE4) de 48 pasos por vuelta (7,5º de ángulo de paso) con el circuito más simple constituido por un transistor de conmutación, aunque no sea muy apropiado para situaciones reales por la gran cantidad de calor que se disipa en el transistor. Se utilizan transistores Darlington protegidos por diodos para evitar tensiones de ruptura.

13 BD677 ECB FASE 1 +Vcc = 5 v. C 3,3 kω R B E +Vcc = 5 v. VERDE MOTOR UNIPOLAR DE CUATRO FASES FASE 2 3,3 kω R B C E + Vcc = 5 v +Vcc = 5 v. VERDE +Vcc = 5 v. FASE 3 3,3 kω R B C E FASE 4 3,3 kω R B C E Figura 2.5. Control básico de un motor paso a paso de cuatro fases. Los transistores disponibles BD677 tienen las siguientes características Icmax = 4 A., h FE = 2200, Pmax = 40 w. Son transistores Darlington que se obtienen acoplando dos transistores del mismo tipo como se muestra en la figura 2.1., normalmente el primero de ellos de menor potencia (driver). La ganancia total en corriente continua es aproximadamente el producto de las ganancias de cada uno de los transistores (β = h FE = h FE1 * h FE2 ). Estos transistores son apropiados para etapas de salida con transistor cuya carga es un señalizador, un relé o un motor. Dependiendo de la forma en la que se polaricen las fases se distinguen tres tipos de control: - Monofásico, en el que sólo se alimenta una fase cada vez: FASE1/FASE2/FASE3/FASE4/FASE1... Es la más sencilla pero insuficiente porque el par desarrollado es pequeño, se recomienda analizar el circuito de conmutación que excita al motor. Verifique este comportamiento, primero con la fuente de alimentación y después con el microcontrolador, eligiendo el temporizador y los puertos que quieras. Repita el control variando la frecuencia de reloj y observe que si el cambio de fases se realiza demasiado rápido, el motor "patina". También debes observar que si se aumenta +V CC el motor gira más rápidamente. Haga que el motor gire en sentido contrario. Calcule el ángulo de paso del motor (EJERCICIO 2.5.1). - Bifásico, en el que siempre están dos fases polarizadas, FASE1,FASE2/FASE2,FASE3/FASE3,FASE4/FASE4,FASE1/FASE1,FASE2... Repita los pasos del apartado anterior y calcule el ángulo de paso del motor (EJERCICIO 2.5.2).

14 - Semipaso (Half step), en el que se alternan el control monofásico y el bifásico, aumentando con ello la precisión del motor el doble, pero el par es irregular. Repita los pasos anteriores (EJERCICIO 2.5.3). **************************************************************************************** * * * DISEÑO BASADO EN MICROCONTROLADORES. CURSO 2005/2006 * * PRACTICA 3: monofasico.a30 (Sistema de desarrollo MSA0652-G02) * * FUNCION: Control monofásico de un motor paso a paso, con una frecuencia de 100Hz. * * Motor conectado bits 0 a 3 del puerto 7. Amarillo/Blanco/Azul/Rojo * * * **************************************************************************************** INCLUYE FICHERO SFR list off.include sfr.inc.list on DEFINICIÓN DE SÍMBOLOS MSA652-G VramTOP.equ h inicio de la RAM interna VramEND.equ h final de la RAM interna VprogTOP.equ 0C0000h inicio del area de programa Vvector.equ 0FFFDCh inicio tabla de interrupciones fija AREA DE DATOS RAM section memory,data VramTOP AREA DE PROGRAMA ROM section prog,code VprogTOP limpieza de la RAM e inicializaci n de temporizador y puertos reset: mov.w mov.w mov.w sstr.w #0,R0 #(VramEND+1-VramTOP)/2,R3 #VramTOP,A1 or.w #00FFH,PD7 Puerto 7 de salida mov.b #80h,TA0MR modo timer y reloj f32 mov.w #5000,TA periodos de 62,5ns*32=10 ms. (el reloj es de 16MHz) bset TA0S mov.b #11H, R0l fase inicial, repetida cada 4-bits para poder rotar Programa principal main: btstc 3,TA0IC jnc main mov.b R0l, P7 rot.b #1,R0l jmp main INTERRUPCIÓN DE RESET (INICIALIZA PC) section int_reset,romdata Vvector+(8*4).lword reset FIN DE PROGRAMA end

15 EJERCICIO (opcional). Genera un tren de ondas con periodo variable y anchura de pulso 1/5 en alto. Compruébalo en el osciloscopio e intégralo en el programa del motor. Bibliografía: - Pareja, J., Muñoz, A. y Angulo, C., "Prácticas de Electrónica, tomo 2. Semiconductores avanzados y OP-AM", McGrawHill, (motor paso a paso). - Manuales de los sistemas de desarrollo: MSA0600 (M16C Starter Kit) Release Note, MSA0652-G02 y 3DKM16C/62PU (disponibles en el laboratorio). - Manual M16C/60 User's Manual (hardware) (disponible en el laboratorio). - Manual M16C Software Manual (disponible en el laboratorio).